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はんだの熱疲労に対するはんだ形状と基板境界条件の影響調査
公開日2020年12月
熱疲労は、特に航空宇宙、自動車、防衛などの高信頼性アプリケーションを使用する業界で、表面実装電子部品のはんだ不良の主な原因です。これらの業界向けのプリント回路基板アセンブリ（PCBA）を設計および製造するコンチネンタル・オートモーティブなどの企業にとって、さまざまな設計がはんだ不良にどのように影響するかを理解することは非常に重要です。コンチネンタルの目的は、不良の可能性が最も低いはんだの形状と境界条件を特定することでした。Ansys Sherlockは、複雑なジオメトリの代表的なモデルを正確に生成し、信頼性の物理学に基づいて予測を提供する機能について、これらの各シナリオをモデル化するために選択されました。
目次
- アプローチ
- 結果
- 主な調査結果
- 利点：Sherlockがコンチネンタル・オートモーティブにとって理想的なソリューションであった理由
モデル化されたさまざまなはんだ接合部の形状
ボードは、3つの異なる境界条件の下でFR4 HDI（高密度相互接続）を使用してモデル化されました。条件1は、独立したボードでした。条件2は、TCAを使用して5mm厚のアルミニウムプレートに固定されたボードです。3番目の条件は2番目の条件と同様ですが、1210コンデンサの下の、ボードとアルミニウムプレートの間には材料がありませんでした。各構成は、1000回の温度サイクルにさらされました。コンチネンタルのエンジニアは、各1210コンデンサのパーツカードではんだの厚さを直接編集して、各はんだの形状を表しています。
はんだ疲労分析
はんだ疲労分析の結果は、はんだの厚さがはんだの破損の確率に大きな影響を与えることを示していました。Bulbousはんだ形状は、名目上の形状と比較して、故障する可能性がほぼ3倍少ないことがわかりました。Starvedはんだ形状は、3倍以上故障する可能性が高くなりました。
PCBAのさまざまな取り付け条件のPoF
ボードの取り付け条件の影響を調査した熱機械分析の結果は、アルミニウムのベースプレートに完全に接着されている場合、ボードが故障する可能性がはるかに高いことを示しています。1210コンデンサの下のヒートシンクにボイドが導入されたため、1000時間で故障が大幅に減少しました。部分的に拘束されたボードと完全に拘束されたボードの両方で、拘束されていないボードよりも高い確率で障害が発生しました。これは、ボードが温度サイクルにさらされると、ボードを拘束することによって作成される追加の剛性がより高いひずみを引き起こし、したがって1210はんだ接合内の故障を加速することを示しています。
